摘 要

本文采用数值模拟的方法，先研究了四边形反手性蜂窝模型的面内冲击，然后将几何多层级思想加入到里面了，对二阶自相似四边形反手性模型进行了分析，分析了不同速度下的冲击吸能特性。得出结论如下：

1. 二阶自相似四边形反手性蜂窝变形模式为一阶胞元绕连接带的旋转和连接带弯曲变形以及圆形孔壁的坍塌，结合了层次结构的绕节点转动和手性蜂窝其胞孔变形和连接带弯曲变形。
2. 二阶自相似四边形反手性蜂窝加入层次结构的四边形反手性蜂窝结构的平台名义应力应变，在压缩位移增加过程中会产生两次应力较大的峰值再到平稳阶段，是由于其一阶胞元和二阶胞元相对变形导致产生，先一阶绕二阶连接带的变形产生峰值，然后就是一阶胞元自己连接带转动和孔壁坍塌峰值。
3. 二阶自相似四边形反手性蜂窝将层级结构引入到四边形反手性蜂窝中形成层级蜂窝，面内压缩变形时，多了一阶胞孔的孔壁变形是孔壁绕连接点的旋转与孔壁长度缩短两种变形机制的组合，进一步增加了能量吸收能力。
4. 两种蜂窝模型在中低速冲击下，冲击速度增加，动能转化和平台阶段时间增加，其能量吸收能力也显著提高。

关键词：二阶自相似四边反手性蜂窝；平台应力；变形模式；能量吸收

Abstract

In this article, the in-plane impact of the anti-tetrachiral honeycomb model is studied by numerical simulation, and then the idea of geometric multi-hierarchy is added to the model. The second-order self-similar anti-tetrachiral honeycomb model is analyzed, and the impact energy absorption characteristics at different velocities are analyzed. The main conclusions are as follows：

(1)The second-order self-similar anti-tetrachiral honeycomb deformation mode is the first-order cell rotation around the connecting band, the bending deformation of the connecting band and the collapse of the circular hole wall, which combines the rotation around the nodes of the hierarchical structure and the cell hole deformation and bending deformation of the connecting band of the chiral honeycomb.

(2)The second-order self-similar anti-tetrachiral honeycomb join hierarchy quadrilateral backhand nominal stress and strain of honeycomb structure platform, can produce two times in the process of compression displacement increase stress larger peak to the stationary phase, is due to the first order cell and second-order cell yuan relative deformation cause, first round second order first connect with the distortion of the peak, and then there is the first-order cell yuan his connection with rotation and hole wall collapse peak.

(3) The second-order self-similar anti-tetrachiral honeycomb introduces the hierarchical structure into the anti-tetrachiral honeycomb to form a hierarchical honeycomb. During the in-plane compression deformation, the pore wall deformation with additional first-order pores is the combination of the rotation of the pore wall around the connection point and the shortening of the length of the pore wall, which further increases the energy absorption capacity.

(4) Under medium-low speed impact, the impact velocity, kinetic energy conversion and platform stage time of the two cellular models increase, and their energy absorption capacity also increases significantly

Key Words：second-order self similar anti-tetrachiral honeycomb ；plateau stress；deformation modes；energy absorption

目录

第1章 绪论 1

1.1研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1手性蜂窝结构的研究 2

1.2.2 层次蜂窝结构的研究 2

1.3数值模拟技术发展 2

1.3.1Proe软件简介 2

1.3.2ABAQUS软件简介 2

1.4 研究方法和内容 3

1.4.1基本内容 3

1.4.2研究方法 3

第2章 蜂窝结构的数值模拟 5

2.1 四边反手性蜂窝 5

2.1.1 计算模型与参数 5

2.1.2四边反手性蜂窝模型的变形模式 6

2.1.3 四边反手性蜂窝模型的动力响应 9

2.2二阶自相似四边反手性蜂窝模型 10

2.2.1 计算模型与参数 11

2.2.2二阶自相似四边反手性蜂窝模型的变形模式 11

2.2.3二阶自相似四边反手性蜂窝模型的动力响应 14

2.3对比四边反手性和层次手征分析 15

2.4本章总结 16

第3章 能量吸收特性 17

3.1四边反手性蜂窝能量吸收性能 17

3.2二阶自相似四边反手性蜂窝能量吸收性能 18

3.3 本章总结 20

第4章结论和展望 21

4.1结论 21

4.2展望 21

参考文献 23

致谢 25

第1章 绪论

1.1研究背景和意义

自然界中存在着许多天然的多孔材料如下：松木材、海绵和珊瑚等，从古到今，这些材料被广泛的运用。如用海绵材料来制作坐垫，在以前古代埃及，人们就通过软木压缩伸展能力来做酒瓶的酒塞。现在人们开始自己制作多孔材料，各种各样的蜂窝材料（六边形、三角形和正方形），这种材料和连续性材料相比，其相对密度小、重量轻、比表面积大、比强度高。不仅如此，由于这些特征相比其他材料，蜂窝结构具有相当好的能力吸收，抗冲击能力。在各种领域应用广泛。正是由于多孔材料具有如此多的优点，人们不断地朝着此方向上研究。对于新型多孔材料来讲，探究其力学性能是最基本的。

随着社会的发展，客户对于轮船、飞机、汽车等产品的性能以及安全性越来越重视，客户在选购产品以及服务时，对于这些方面的要求可谓之高。所以各个行业对于如何提高安全性和性能可谓是多方面的寻找方法，其中尤为重要的就是材料方面，材料可谓是基础，蜂窝材料就是一种多孔材料，其中手性结构和多层结构蜂窝材料应用性能十分良好，由于其相比普通的多孔材料具有更良好的冲击阻抗、抗剪能力、和能量吸收能力，在众多碰撞及冲击能量吸收技术领域( 比如，航空航天、交通运输、汽车和船舶等) 有着广泛的应用，在此基础上，为了寻找更好的材料以及结构，进一步满足客户的需求。我们需要查询大量的资料，进行模拟分析，了解材料性能，才能寻出满意的新型结构材料。